{"id":618,"date":"2012-09-20T14:41:23","date_gmt":"2012-09-20T13:41:23","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/?p=618"},"modified":"2017-12-14T16:34:20","modified_gmt":"2017-12-14T15:34:20","slug":"618","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/2012\/09\/20\/618\/","title":{"rendered":"Metamateriales: \u00bfcerca de la invisibilidad?"},"content":{"rendered":"

Por Blanca Gonz\u00e1lez Berm\u00fadez<\/strong>\u00a0 (alumna de segundo curso del Grado en Ingenier\u00eda de Materiales por la UPM)<\/p>\n

En Marzo de 2012 \u00c0lvar S\u00e1nchez (UAB), escribi\u00f3 estas palabras al desarrollar un cilindro indetectable ante campos magn\u00e9ticos: \u00abLa invisibilidad era ciencia ficci\u00f3n, pero desde hace una d\u00e9cada ha pasado a formar parte del \u00e1mbito de la ciencia\u00bb. Aquella confesi\u00f3n espont\u00e1nea era un reflejo de la continuada lucha por el desarrollo de los metamateriales. Pero, \u00bfqu\u00e9 diferencia a estos materiales?<\/p>\n

Definici\u00f3n y naturaleza de los metamateriales<\/strong><\/p>\n

Hoy en d\u00eda se habla y se escribe mucho sobre los avances en el campo de los nanotecnolog\u00eda, que, sin duda alguna, parecen desafiar las leyes y propiedades tangibles y naturales a nuestro intelecto. La pregunta que se plantea en el t\u00edtulo del art\u00edculo carece de sentido si uno no acude a la figura de los metamateriales. Es preciso, para entenderlos, curiosidad y voluntad en el lector. Es pertinente, adem\u00e1s, conocer los antecedentes. Porque cualquier material es, de alguna forma, una culminaci\u00f3n, el eslab\u00f3n final de un largo proceso de investigaci\u00f3n. En este art\u00edculo se pretende describir el paso de la teor\u00eda a la pr\u00e1ctica, en s\u00edntesis, la aut\u00e9ntica obra que realiza un innovador.<\/p>\n

En Ciencia de Materiales el lenguaje resulta de gran eficacia para explicar de un modo imborrable algunas ideas fundamentales. El t\u00e9rmino \u201cmetamaterial\u201d significa, en sentido amplio, aquel que va m\u00e1s all\u00e1 (met\u00e1) del simple material, t\u00e9rmino que alude al extraordinario comportamiento de estos materiales frente a los dem\u00e1s. Un metamaterial se describe de forma m\u00e1s precisa como \u201cuna disposici\u00f3n artificial de elementos estructurales, dise\u00f1ada para conseguir propiedades electromagn\u00e9ticas ventajosas e ins\u00f3litas no presentes en la naturaleza\u201d.<\/p>\n

Los investigadores en metamateriales, autores de \u00e9sta nueva disciplina, dise\u00f1an su estructura interna de tal forma que tengan propiedades no presentes en los materiales naturales. Adem\u00e1s se han impuesto en su investigaci\u00f3n las siguientes exigencias para los metamateriales:<\/p>\n

– Un \u00edndice de refracci\u00f3n n negativo, esto es, que presente simult\u00e1neamente una permitividad el\u00e9ctrica (\u03b5) y una permeabilidad magn\u00e9tica (\u03bc) negativas, algo que no aparece en la naturaleza.\u00a0 As\u00ed, en un metamaterial, las ondas electromagn\u00e9ticas que incidan sobre \u00e9l se desviar\u00e1n hacia el lado opuesto de la perpendicular a la superficie normal que separa los medios. Por este motivo se les denomina tambi\u00e9n \u201cmateriales zurdos\u201d. Para dar una idea m\u00e1s gr\u00e1fica del comportamiento de un \u201cmaterial zurdo\u201d, se podr\u00eda decir que si el agua tuviese un \u00edndice de refracci\u00f3n negativo, un pez que estuviese nadando parecer\u00eda estar haci\u00e9ndolo en el aire, por encima de la superficie del agua.<\/p>\n

– Un comportamiento homog\u00e9neo\u00a0 que permita que el metamaterial tenga igual comportamiento en todo su volumen. El \u00edndice de refracci\u00f3n depende de las dimensiones de los componentes del material, por lo que un \u00edndice negativo homog\u00e9neo significa que la dimensi\u00f3n m\u00e1xima de los componentes tiene que ser menor de la longitud de onda incidente.\u00a0 A modo de ejemplo, las longitudes de onda del espectro visible van de 400 a 750 nan\u00f3metros y el infrarrojo de 750 nan\u00f3metros hasta 1 mil\u00edmetro, lo que supone que los componentes b\u00e1sicos de la celda unidad de los materiales deben tener un\u00a0 tama\u00f1o del orden de nan\u00f3metros (para luz visible) a varias micras (para radiaci\u00f3n infrarroja). Como se intuye enseguida, el principal obst\u00e1culo de los investigadores de metamateriales reside, sobre todo, en el proceso de fabricaci\u00f3n de los mismos.<\/p>\n

\"\"<\/a>
En la imagen izquierda y central se ilustra el comportamiento habitual de un material en presencia de un campo magn\u00e9tico, el cilindro altera el campo magn\u00e9tico. A la derecha, se muestra el comportamiento de un cilindro de metamaterial, el nuevo dise\u00f1o es totalmente invisible al campo magn\u00e9tico (las l\u00edneas verticales se mantienen totalmente inalteradas con la presencia del cilindro). Imagen: A. S\u00e1nchez et al.<\/figcaption><\/figure>\n

Efectos de los metamateriales<\/strong><\/p>\n

Los efectos que exhibe todo metamaterial como consecuencia de las propiedades mencionadas al interaccionar con ondas de naturaleza electromagn\u00e9tica (o con ondas el\u00e1sticas en el caso de metamateriales dise\u00f1ados para aplicaciones ac\u00fasticas) son cinco:<\/p>\n

1\u00ba Inversi\u00f3n del efecto Doppler.\u00a0 Un metamaterial cambia el efecto Doppler que experimentar\u00eda un observador con respecto a una fuente que emita ondas y se aproxime o aleje del mismo.
\n2\u00ba Inversi\u00f3n del efecto Cherenkov. El efecto Cherenkov consiste en que cuando un part\u00edcula cargada cruza un aislante a una velocidad m\u00e1s grande que la correspondiente a la velocidad de la luz en dicho medio, emite radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica en una determinada direcci\u00f3n. El uso de metamateriales invierte el \u00e1ngulo de emisi\u00f3n y la radiaci\u00f3n Cherenkov viaja hacia atr\u00e1s.
\n3\u00ba Inversi\u00f3n del efecto Goos-H\u00e4nchen. Cuando una onda electromagn\u00e9tica incide en una interfase plana que separa dos medios, puede producirse la reflexi\u00f3n total de la onda. Cuando se trata de un metamaterial, se revela un desplazamiento de la reflexi\u00f3n invertido respecto a materiales convencionales.
\n4\u00ba Refracci\u00f3n negativa: ley de Snell inversa. Un metamaterial modifica la ley de Snell de refracci\u00f3n como resultado de una permitividad el\u00e9ctrica y permeabilidad magn\u00e9tica negativas.
\n5\u00ba Difracci\u00f3n sub-longitud de onda. Es capaz de amplificar la informaci\u00f3n contenida en las ondas evanescentes que se pierden por el uso de lentes convencionales seg\u00fan el l\u00edmite de difracci\u00f3n de Abbe.<\/p>\n

Aplicaciones de los metamateriales y tendencias<\/strong><\/p>\n

Con las notas desarrolladas sobre las propiedades y efectos de los metamateriales el lector podr\u00e1 imaginar el posible impacto futuro que podr\u00edan tener en el sector industrial (incluyendo aplicaciones m\u00e9dicas y de defensa militar). En la actualidad se trabaja en dos \u00e1reas fundamentalmente:<\/p>\n

– Encubrimiento e invisibilidad
\nInvisibilidad electromagn\u00e9tica, invisibilidad ac\u00fastica y reducci\u00f3n de firma.<\/p>\n

– Superresoluci\u00f3n, en busca de la lente perfecta
\nAplicaciones de la lente electromagn\u00e9tica y aplicaciones de la superresoluci\u00f3n ac\u00fastica.<\/p>\n

Para ampliar la informaci\u00f3n se recomienda la lectura de \u201cLos materiales y sus aplicaciones en defensa\u201d, trabajo disponible en la p\u00e1gina web del Ministerio de Defensa. Un v\u00eddeo explicativo se puede encontrar en el art\u00edculo publicado en el diario El Mundo: \u201cLa capa invisible de Harry Potter ‘made in Spain<\/a>\u00ab.<\/p>\n

Y al fin, la pregunta clave: \u00bfestamos cerca de la invisibilidad? Quiz\u00e1s ma\u00f1ana contemos con prototipos perfeccionados, pero hace falta mejorar los sistemas de fabricaci\u00f3n actuales. Sin ninguna duda, los resultados de las investigaciones indican la certeza de estar en el camino correcto para llegar a \u00e9se ma\u00f1ana.<\/p>\n

El estudiante que hace de la Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales su vocaci\u00f3n, est\u00e1 seguro de que no se descansa en esta disciplina. Los metamateriales llegan para repostarnos de fuerzas con las que seguir aspirando a un progreso tecnol\u00f3gico al servicio de las necesidades de la sociedad. \u00bfCabe mayor recompensa?<\/p>\n

Enlaces de inter\u00e9s<\/strong><\/p>\n

– Avances sobre recubrimientos de invisibilidad<\/a>, en www.ingenieros.es.
\n– La invisibilidad a los campos magn\u00e9ticos ya es una realidad<\/a>, en www.tendencias21.net.
\n– Los metamateriales y sus aplicaciones en defensa<\/a> en www.portalcultura.mde.es.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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